二戰后美國基礎科學教育發展探析

●王保艷

二戰后美國基礎科學教育發展探析

●王保艷

二戰后，以《國防安全教育法》、“2061計劃”、《國家科學教育標準》和《新一代科學教育標準》為代表，美國先后開展了四次影響較大的基礎科學教育改革。這些改革的主要特點是精英教育轉向大眾教育、科學教育去宗教化和課程改革頻率高、范圍廣。對我國基礎科學教育的啟示是，關注大眾科學教育；尊重科學論斷的多元性；利用核心概念設置課程內容；加強科學教育改革的力度。

美國；基礎教育；科學教育

為了保持在世界科技領域的領先地位并逐步提高整個社會的科學素養，美國于二戰后開展了多次全國范圍的科學教育改革，這些變革對美國基礎科學教育的發展產生了深遠的影響。從歷史的角度探究美國基礎科學教育改革的發展歷程，分析其發展的背景、特點和趨勢，可為我國基礎科學教育改革提供有力借鑒。

一、二戰后美國基礎科學教育的演變

基礎科學教育的發展是與經濟、科技、政治等背景息息相關，特定時期的社會需求成為選擇科學教育理念的主要根據。歷史的邏輯決定了美國基礎科學教育改革只能在精英與大眾、社會與個人、科學與宗教之間做出選擇。

（一）提倡精英科學教育

1957年，蘇聯成功發射了第一顆人造衛星，這讓美國感覺到嚴重的科技危機。1958年，美國國會通過了《國防安全教育法》（National Defense Education Act）。該法案強調要加強普通學校對自然科學、數學和現代外語（新三藝）的教學。美國的科學家和聯邦政府也聯合起來共同進行了科學教育改革。在這期間，布魯納的學科結構課程理論等結構主義和要素主義的教育理論成為該課程改革的理論基礎。“在整個60年代，美國將培養‘小小科學家’列為科學課程改革的重點，課程設計著重于‘從做中學’及‘探究式教學’，以實驗及觀察為主。”[1]美國國家科學基金會也積極支持這次改革，并出資編寫了相關教材，即BSCS生物教材、PSSC物理教材和CHEMS化學教材。其中BSCS教材是最具代表性的，她根據中心概念對教學內容進行了校正和重新安排。BSCS教材包括三個版本，藍皮本側重“分子水平”，綠皮本側重“生態學”，黃皮本側重“結構與功能”。三個版本從不同的方面闡述了生物學理念的發展，描述了支持當時生物理論的傳統實驗及發現，不是把生物學科當作孤立、靜止的知識結構進行講授，而是注重學科的統一性、發展性和前沿性。該教材更強調了實驗探究的重要性，并向教師提供材料以鼓勵實驗活動的開展。至1976年，已有49%的學區使用了BSCS教材中的某些版本，一些其他版本的生物教材也借鑒了BSCS的科學探究方法以及教材中在描述實驗和證據時使用的專業術語。

這次改革培養了一批科學家和工程師等科學精英，在一定程度上緩解了美國科技人才短缺的現狀。但是，由于課程的結構化嚴重、理論性強，科學教師們普遍認為BSCS等教材對中學生來說，在閱讀和概念水平上都難度太大，其市場占有率也逐漸降低。一項針對美國11個地區科學教育的調查顯示，本次改革中開發的很多教學材料沒有被充分利用。[2]20世紀70年代中期，BSCS課程受到了強烈質疑，一場回歸基礎運動逐漸展開。該運動主要受保守主義理論的影響，強調教師的權威性，反對學生的自主性；強調紀律的重要性，并承認體罰的合理性。該運動反對探究式的教學方式，主張學生以背誦、練習、家庭作業和測驗的方式學習，主張在中學階段學校要集中力量教授學生英語、自然科學、數學和歷史，取消一切點綴性課程。這次改革對學術化、專業化過強的中學科學教育起到了一定的矯正作用，但具有過分的復古色彩和強烈的偏激性。

（二）拓展大眾科學教育

1982年，美國全國科學教師協會（NSTA）把科學、技術和社會（STS）教育確定為20世紀80年代的科學教育目標。1983年，美國頒布了《國家處于危機之中：教育改革勢在必行》（A Nation at Risk：The Imperative for Educational Reform）。這份文件描述了美國教育中存在的問題，比較了美國和其他國家學生的學業成績，指出美國的基礎教育面臨很大的危機和挑戰，加強新基礎課的教學和STS教育是教育改革的必然趨勢。她的出臺改善了中學畢業生科學知識欠缺、科學素養低下的狀況，在一定程度上促進了美國科學教育的發展和繁榮。

1985年，美國民間組織“科學促進會”（American Association for the Advancement of Science，簡稱AAAS）組織國家科學基金會（National Science Foundation）、卡內基公司（Carnegie Corp）、教育部、政府等機構等共同啟動了“2061計劃”（Project 2061）。該計劃的最終目的是通過對數學、科學和技術教育的長期規劃，到2061年哈雷彗星再次接近地球之時，使美國成為一個普及科學的社會 （Scientifically literate society），使美國的科學教育能夠處于國際領先地位。“2061計劃”主要強調培養學生的科學素養，注重科學教育的全民化和大眾化，關注教育的公平性。此次改革出臺了一批飽含價值的文獻，如《面向全體美國人的科學》（Science for All Americans，1990）、《科學素養的基準》（Benchmarks for Science Literacy，1993）、《科學素養的資源》（Resources for Science Literacy，1997）、《科學教育改革的藍本》（Blueprints for reform science，mathematics，and technology education，1998）、《科學素養的圖表》（Atlas of Science Literacy，2001）、《科學素養的設計》（Designs for Science Literacy，2001）等。“2061計劃”對固有的中學科學教育理念提出了很大的挑戰，她是美國科學教育全民化的開端，標志著美國的科學教育開始由精英教育走向大眾教育。但是，理念轉變的成功不是一蹴而就的，需要通過長期的科學教育實踐方可逐漸實現。所以，“2061計劃”在當時沒有起到立竿見影的效果，但其提倡的科學教育理念是具有歷史開創性的。

（三）制定全國統一的科學教育標準

1988年，美國出臺了《范圍、順序、協調方案》（Projecton scope， Sequence， and Coordination， SS&C）。該方案指出科學教育的主要目的是培養大批具有科學素養的公民以及增加高水平科技人才的數量，促使學生深刻、實用地理解科學。雖然這次改革耗費巨資，但沒有達到預期的效果。1990年4月，由布什總統提議、教育部長亞歷山大起草的《美國2000年教育戰略》發表。該文件對科學教育問題做出了指示，其中重要的一條是開發全國統一的科學教育標準、制定全國統一的考試制度。1993年頒布的《2000目標：美國教育法》也指出教育的首要任務是制定全國統一的中小學教育標準。

1995年12月，經過多方努力及數次修正，美國歷史上第一部《國家科學教育標準》（National Science Education Standards）正式出臺。至2000年，美國已有46個州根據該標準和《科學素養的基準》頒布了州科學教育標準。《國家科學教育標準》包括科學教學標準、科學教師專業進修標準、科學教育的評價標準、科學內容標準、科學教育大綱標準和科學教育系統標準。該標準提出要通過科學教育提高美國社會的科學素養，提倡探究性教學，并指出科學要面向所有學生、學習科學是能動的過程、科學要反應作為當代科學實踐之特點的理性傳統和文化傳統。[3]在科學內容標準部分，該標準將幼兒園～12年級分為幼兒園～4年級、5～8年級、9～12年級三個階段，每個階段的學習內容都包含七個主題，即作為探究的科學、物質科學、生命科學、地球和空間科學、科學與技術、從個人和社會視角所見的科學、科學的歷史和本質。標準以每個主題為單位列出了學生應該理解的內容，如在9～12年級的生命科學主題中，學生需要理解以下內容：細胞；遺傳的分子基礎；生物進化；生命體的互相依賴性；生命系統中的物質、能量和組織以及有機體的行為。

《國家科學教育標準》為美國基礎科學教育的改革提供了有力依據，促進了科學教育穩步、有序、健康發展。雖然《國家科學教育標準》在設計上和實踐過程中都體現出一些矛盾，如內容的嚴格性和教學方式的開放性之間的矛盾等。但《國家科學教育標準》對美國科學教育的重大意義是值得肯定的，已經達到了預期的效果，即讓美國基礎科學教育有章可循、有據可依。

（四）開展新世紀科學教育改革

2010年，在《國家科學教育標準》頒布的15年后，為了進一步提高科學教育的質量，美國開始著手研發新一代科學教育標準，并于2011年7月頒布了《k－12科學教育的框架》（Framework for K-12 Science Education）。在此基礎上，基于多年的科學教育研究經驗，2013年4月，美國頒布了《新一代科學教育標準》（the Next Generation Science Standards）。《新一代科學教育標準》的理念轉變主要有：強調科學教育應反映科學中各學科相互聯系的本質；是向學生提出的表現期望，而不是具體課程；注重k－12年級學習內容的連貫性；側重對學習內容的深入理解和應用；把科學和工程實踐整合到科學教育中；旨在幫助學生為大學、工作和公民生活做準備；注重與《州共同核心標準（英語和數學）》的聯系。[4]該標準提倡利用核心概念展開教學，并選定了12個核心概念，每個核心概念都要經過多次學習，且隨著年級的升高，核心概念所涉及的學習內容逐漸復雜深入。另外，在生物進化部分，確定了自然選擇理論的合理性，要求學生能夠解釋生物進化和自然選擇的進程，并且能夠為這種解釋找出多種證據。

目前，《新一代科學教育標準》在美國還沒有順利實施，仍然面臨很多挑戰，如外界對其存在質疑、學校對科學教育的重視度不高、相關課程資源不足、高水平師資缺乏以及評價體系不完善等。但就文件本身來看，其提倡的重視科學實踐、注重教育公平、關注個人發展的理念符合教育規律，也適合美國當前注重人本位、提倡自由和民主的社會主流價值觀念。

二、二戰后美國基礎科學教育發展的特點

（一）精英教育轉向大眾教育

受蘇聯衛星事件的影響，為了提高國家的科技水平，1958年的《國防安全教育法》明確規定科學教育的目標是培養一批科學家和工程師等精英人才，鼓勵中學生學習專業化、科研型的科學教育內容。從“2061計劃”開始，美國逐漸注重培養學生科學素養，《國家科學教育標準》進一步強調“科學是面向所有學生的”。《新一代科學教育標準》也強調“科學在美國創新、領導和創造未來的過程中處于核心的位置。為了更好地為大學、工作和公民生活準備，所有學生，不管他們今后的教育程度和職業道路如何，都應該接受扎實的k－12年級的科學教育。”[5]所以，隨著科技的飛速發展和經濟水平的大幅度提高，美國逐漸關注教育公平和學生的個人發展，并把建立一個具有較高科學素養的社會作為其科學教育的主要目標，科學教育的對象由精英轉為大眾。

（二）科學教育去宗教化

生物進化在美國一直是比較敏感的話題，怎樣處理科學教育中科學與宗教的關系也成為一個難題。1959年，英國生物學家查爾斯·達爾文發表《物種起源》，標志著生物進化論的誕生。進化論思想對當時處于主導地位的基督教世界觀是一個嚴重的挑戰，進化論與宗教的沖突也由此展開。在過去的150多年間，美國社會對進化論的態度是多元的，有認同，也有質疑，甚至有強烈的批判。2013年的美國《新一代科學教育標準》確定了在科學教育中教授自然選擇學說和達爾文進化論的正當性。雖然這使該標準面臨社會各界的挑戰，但這種開創對進化論教育的發展具有重大意義，也促進了科學教育的去宗教化。

（三）科學教育改革頻率高、范圍廣

二戰后，在科學教育領域，美國進行了多次規模較廣、影響較大的改革。主要包括50年代的《國防教育法》、70年代的回歸基礎運動、80年代的《國家處于危機之中：教育改革勢在必行》、《2061計劃》、90年代的《國家科學教育標準》以及新世紀的美國《新一代科學教育標準》等。通過這些改革，美國科學教育水平日益提高，改革過程中出臺的大量文獻也為美國科學教育的發展指明了方向，同時也為其他國家的科學教育改革提供了有力借鑒。這些頻率高、范圍廣的基礎科學教育改革，深刻地反映出美國人民時刻存在的危機意識以及他們欲把美國變為世界科技強國的決心。

三、對我國基礎科學教育的啟示

（一）關注大眾科學教育

自“2061計劃”以來，美國就把基礎科學教育的重心由精英教育轉向大眾教育，注重提高學生的科學素養、探究能力和知識運用能力。2013年的美國《新一代科學教育標準》強調通過科學教育使美國成為一個具有較高科學素養的社會。所以，提高學生的科學素養是美國科學教育自19世紀80年代以來的重要主題。

我國科學教育界也已肯定了培養大眾科學素養的重要性，如2001年的《全日制義務教育生物課程標準（實驗稿）》和2003年的《普通高中生物課程標準》都把提高生物科學素養、面向全體學生、倡導探究性學習作為基本課程理念。雖然如此，但由于高考、中考等終結性、選拔性評價制度的存在，這種理念的實現面臨很多挑戰。所以，教育行政部門和科研部門要通過適當降低科學教育學習內容的難度、有效改善評價體制、關注科學知識與社會的聯系等措施，繼續為提高大眾科學素養做出努力。

（二）尊重科學論斷的多元性

美國在科學教育中逐漸肯定達爾文生物進化論的正確性，呈現出科學的去宗教化趨勢，但其150多年的探索歷程是值得我們深思的。在這個過程中，充滿了懷疑、挑戰和探索，與我國對達爾文進化論無比的堅定相比更具科研性和探究性，更顯現出美國人民對真理的不懈追求和勇敢捍衛。

我國對科學知識或科研成果的態度往往是二元的，或對或錯，傾向于只有一個標準答案。就如在生物進化論領域，我國多數人相信達爾文“自然選擇、適者生存”的理論，否定拉馬克“用進廢退”的觀點，更否定西方的科學創造論。在科學領域，面對嚴謹的數據和推理過程，這種態度無疑是正確的。但并非所有的科學論斷都是真理，因為其中不乏至今仍沒有足夠證據來支撐的假說。所以，在對待并不明確的科學論斷時，我們要借鑒美國對待科學的態度，接受科學態度的多元化，盡可能地向學生展現結論的多樣性，幫助他們分析不同觀點的源頭和依據，鼓勵學生去懷疑、進而去探求科學現象的本質。

（三）利用核心概念設置課程內容

美國基礎科學教育課程內容的設置經歷了長期的發展過程，由開始的零散變為現在的有序，由之前的繁雜變得更加簡明深入。美國《新一代科學教育標準》提倡以12個核心概念為主線設置課程內容，同一核心概念的學習貫穿多個年級。并且，隨著年級的增長，每個核心概念所涉及課程內容的深度和難度都逐漸增加。如其中生命科學部分的4個核心概念分別為從分子到生物體：結構和過程；生態系統：相互作用、能量和動力系統；遺傳：性狀的遺傳和變異；生物進化：統一性和多樣性，以上核心概念在整個k－12階段均至少被學習4次。按照核心概念層層深入的遞進方式設置課程內容，不僅有效簡化了課程內容的冗雜，使學習主題更為清晰和明確，有利于學生對學習內容的深入理解和靈活應用，更提高了各年級學習內容的連貫性，減少了教學資源的浪費。

我國科學教育的課程內容繁多，學生負擔較重，不利于學生對知識的全面深入掌握。雖然近些年有些研究者提倡概念圖教學，但其并未被普遍應用，課程內容仍缺少系統性和連貫性。所以，為了減輕學生學習負擔、提高其學習效率和知識理解度，我國可借鑒美國的經驗，設置一定數量的學科核心概念，并按照先簡后繁、先易后難的原則，以核心概念為主線設置各年級的課程內容。另外，在每個學習階段，還要鼓勵學生以核心概念為中心進行自主、發散學習。

（四）加強科學教育改革的力度

二戰后美國的科學教育改革具有頻率高、范圍廣的特點，這些改革有效提高了科學教育的質量，幫助美國在國際科技競爭中立于不敗之地。而這些改革都源于美國深刻的危機意識以及對科學教育地位的肯定，并受到當時先進科學教育理念的推動。從《國防安全教育法》至今，美國的科學教育理念隨著政治、經濟等各方面需求的變化而不斷更新，經歷了由精英教育到大眾教育、由社會本位到學生本位、由側重知識傳授到重視科學工程實踐等一系列重大轉變。

全球化背景下，我們也要增強危機意識，重視基礎科學教育的發展。首先，積極吸收、借鑒國外先進的科學教育理念，并結合我國教育和文化傳統，使教育理念能夠中國化、本土化。其次，以這些先進理念為依據，動員社會各界共同開展大規模的基礎科學教育改革。最后，政府部門要增加財政投入、制定相應政策法規，從而為科學課程的設置、相關課程資源的開發、科學教師的培養以及新型課程評價體系的建立等提供必要的財政和政策支持。

[1]汪霞.課程改革與發展的比較研究[M].南京：江蘇教育出版社，1999，34-36.

[2]Eleanor Enthoven Hasse.Reform in Biology Education：Teachers’Implementation of a New Biology Curriculum[D].Raleigh：North Carolina State University，2003.

[3]美國研究理事會.美國國家科學教育標準[M].戢守志等譯.北京：科學技術文獻出版社，1999，25-27.

[4]Achieve.The Next Generation Science Standards-Front Matter [EB/OL].http://www.nextgenscience.org/sites/ngss/files/FinalReleaseNGSSFrontMatter.pdf.

[5]Achieve.The Next Generation Science Standards-Appendix A [EB/OL].http://www.nextgenscience.org/sites/ngss/files/AppendixA-4.11.13ConceptualShiftsintheNextGenerationScienceStandards.pdf.

（責任編輯：馮永剛）

王保艷/山東師范大學教育學院博士研究生，研究方向為基礎教育改革與發展、科學教育